ЛЕКЦИЯ № 15. Регистры

1. Системные регистры микропроцессора

Само название этих регистров говорит о том, что они выполняют специфические функции в системе. Использование системных регистров жестко регламентировано. Именно они обеспечивают работу защищенного режима. Их также можно рассматривать как часть архитектуры микропроцессора, которая намеренно оставлена видимой для того, чтобы квалифицированный системный программист мог выполнить самые низкоуровневые операции.

Системные регистры можно разделить на три группы:

1) четыре регистра управления;

2) четыре регистра системных адресов;

3) восемь регистров отладки.

2. Регистры управления

В группу регистров управления входят четыре регистра: cr0, cr1, cr2, cr3. Эти регистры предназначены для общего управления системой. Регистры управления доступны только программам с уровнем привилегий 0.

Хотя микропроцессор имеет четыре регистра управления, доступными являются только три из них - исключается cr1, функции которого пока не определены (он зарезервирован для будущего использования).

Регистр cr0 содержит системные флаги, управляющие режимами работы микропроцессора и отражающие его состояние глобально, независимо от конкретных выполняющихся задач.

Назначение системных флагов:

1) ре (Protect Enable), бит 0 - разрешение защищенного режима работы. Состояние этого флага показывает, в каком из двух режимов - реальном (ре = 0) или защищенном (ре = 1) - работает микропроцессор в данный момент времени;

2) mp (Math Present), бит 1 - наличие сопроцессора. Всегда 1;

3) ts (Task Switched), бит 3 - переключение задач. Процессор автоматически устанавливает этот бит при переключении на выполнение другой задачи;

4) am (Alignment Mask), бит 18 - маска выравнивания. Этот бит разрешает (am = 1) или запрещает (am = 0) контроль выравнивания;

5) cd (Cache Disable), бит 30 - запрещение кеш-памяти.

С помощью этого бита можно запретить (cd =1) или разрешить (cd = 0) использование внутренней кеш-памяти (кеш-памяти первого уровня);

6) pg (PaGing), бит 31 - разрешение (pg =1) или запрещение (pg = 0) страничного преобразования.

Флаг используется при страничной модели организации памяти.

Регистр cr2 используется при страничной организации оперативной памяти для регистрации ситуации, когда текущая команда обратилась по адресу, содержащемуся в странице памяти, отсутствующей в данный момент времени в памяти.

В такой ситуации в микропроцессоре возникает исключительная ситуация с номером 14, и линейный 32-битный адрес команды, вызвавшей это исключение, записывается в регистр cr2. Имея эту информацию, обработчик исключения 14 определяет нужную страницу, осуществляет ее подкачку в память и возобновляет нормальную работу программы;

Регистр cr3 также используется при страничной организации памяти. Это так называемый регистр каталога страниц первого уровня. Он содержит 20-битный физический базовый адрес каталога страниц текущей задачи. Этот каталог содержит 1024 32-битных дескриптора, каждый из которых содержит адрес таблицы страниц второго уровня. В свою очередь, каждая из таблиц страниц второго уровня содержит 1024 32-битных дескриптора, адресующих страничные кадры в памяти. Размер страничного кадра - 4 Кбайта.

3. Регистры системных адресов

Эти регистры еще называют регистрами управления памятью.

Они предназначены для защиты программ и данных в мультизадачном режиме работы микропроцессора. При работе в защищенном режиме микропроцессора адресное пространство делится на:

1) глобальное - общее для всех задач;

2) локальное - отдельное для каждой задачи.

Этим разделением и объясняется присутствие в архитектуре микропроцессора следующих системных регистров:

1) регистра таблицы глобальных дескрипторов gdtr (Global Descriptor Table Register), имеющего размер 48 бит и содержащего 32-битовый (биты 16-47) базовый адрес глобальной дескрипторной таблицы GDT и 16-битовое (биты 0-15) значение предела, представляющее собой размер в байтах таблицы GDT;

2) регистра таблицы локальных дескрипторов ldtr (Local Descriptor Table Register), имеющего размер 16 бит и содержащего так называемый селектор дескриптора локальной дескрипторной таблицы LDT Этот селектор является указателем в таблице GDT, который и описывает сегмент, содержащий локальную дескрипторную таблицу LDT;

3) регистра таблицы дескрипторов прерываний idtr (Interrupt Descriptor Table Register), имеющего размер 48 бит и содержащего 32-битовый (биты 16-47) базовый адрес дескрипторной таблицы прерываний IDT и 16-битовое (биты 0-15) значение предела, представляющее собой размер в байтах таблицы IDT;

4) 16-битового регистра задачи tr (Task Register), который подобно регистру ldtr, содержит селектор, т. е. указатель на дескриптор в таблице GDT Этот дескриптор описывает текущий сегмент состояния задачи (TSS - Task Segment Status). Этот сегмент создается для каждой задачи в системе, имеет жестко регламентированную структуру и содержит контекст (текущее состояние) задачи. Основное назначение сегментов TSS - сохранять текущее состояние задачи в момент переключения на другую задачу.

4. Регистры отладки

Это очень интересная группа регистров, предназначенных для аппаратной отладки. Средства аппаратной отладки впервые появились в микропроцессоре i486. Аппаратно микропроцессор содержит восемь регистров отладки, но реально из них используются только шесть.

Регистры dr0, dr1, dr2, dr3 имеют разрядность 32 бита и предназначены для задания линейных адресов четырех точек прерывания. Используемый при этом механизм следующий: любой формируемый текущей программой адрес сравнивается с адресами в регистрах dr0... dr3, и при совпадении генерируется исключение отладки с номером 1.

Регистр dr6 называется регистром состояния отладки. Биты этого регистра устанавливаются в соответствии с причинами, которые вызвали возникновение последнего исключения с номером 1.

Перечислим эти биты и их назначение:

1) b0 - если этот бит установлен в 1, то последнее исключение (прерывание) возникло в результате достижения контрольной точки, определенной в регистре dr0;

2) b1 - аналогично b0, но для контрольной точки в регистре dr1;

3) b2 - аналогично b0, но для контрольной точки в регистре dr2;

4) bЗ - аналогично b0, но для контрольной точки в регистре dr3;

5) bd (бит 13) - служит для защиты регистров отладки;

6) bs (бит 14) - устанавливается в 1, если исключение 1 было вызвано состоянием флага tf = 1 в регистре eflags;

7) bt (бит 15) устанавливается в 1, если исключение 1 было вызвано переключением на задачу с установленным битом ловушки в TSS t = 1.

Все остальные биты в этом регистре заполняются нулями. Обработчик исключения 1 по содержимому dr6 должен определить причину, по которой произошло исключение, и выполнить необходимые действия.

Регистр dr7 называется регистром управления отладкой. В нем для каждого из четырех регистров контрольных точек отладки имеются поля, позволяющие уточнить следующие условия, при которых следует сгенерировать прерывание:

1) место регистрации контрольной точки - только в текущей задаче или в любой задаче. Эти биты занимают младшие 8 бит регистра dr7 (по 2 бита на каждую контрольную точку (фактически точку прерывания), задаваемую регистрами dr0, dr1, dr2, dr3 соответственно).

Первый бит из каждой пары - это так называемое локальное разрешение; его установка говорит о том, что точка прерывания действует, если она находится в пределах адресного пространства текущей задачи.

Второй бит в каждой паре определяет глобальное разрешение, которое говорит о том, что данная контрольная точка действует в пределах адресных пространств всех задач, находящихся в системе;

2) тип доступа, по которому инициируется прерывание: только при выборке команды, при записи или при записи / чтении данных. Биты, определяющие подобную природу возникновения прерывания, локализуются в старшей части данного регистра. Большинство из системных регистров программно доступно.

Автор: Цветкова А.В.

<< Назад: Регистры (Системные регистры микропроцессора. Регистры управления. Регистры системных адресов. Регистры отладки)

>> Вперед: Структуры команд на Ассемблере (Структура машинной команды. Способы задания операндов команды. Способы адресации)

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Конкуренция. Шпаргалка

▪ Охрана и безопасность труда. Шпаргалка

▪ Информатика и информационные технологии. Шпаргалка

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Скоростная флэш-память Samsung eUFS 3.1 512 ГБ 21.03.2020 Samsung Electronics сообщила о начале серийного выпуска скоростных модулей флэш-памяти eUFS (embedded Universal Flash Storage) 3.1 объемом 512 ГБ для следующего поколения флагманских смартфонов, планшетов и других мобильных устройств. Новая флэш-память eUFS 3.1 втрое быстрее прошлого поколения, изготовленного в соответствии со стандартом eUFS 3.0. Говоря конкретнее, новые модули обеспечивают пиковую скорость последовательной записи 1200 МБ/с против 410 МБ/с у моделей eUFS 3.0. Это более чем в два раза быстрее, чем у ПК с накопителем SATA (540 МБ/с) и в десять раз быстрее по сравнению с картой памяти microSD UHS-I (90 МБ/с). К слову, с момента освоения выпуска последних прошло немногим больше одного года. Заявленная пиковая скорость последовательного чтения составляет прежние 2100 МБ/с, максимальная производительность на операциях чтения с произвольным доступом заявлена на уровне 100 000 IOPS (прирост в 1,6 раза), а записи - 70 000 IOPS (прирост в 1,03 раза). В смартфонах с новой памятью eUFS 3.1 потребуется всего около 1,5 минуты для перемещения 100 ГБ данных, тогда как в моделях с UFS 3.0 эта же операция займет более четырех минут. Кроме модулей eUFS 3.1 максимального объема 512 ГБ, производитель предлагает версии объемом 128 и 256 ГБ. Они также будут использоваться в смартфонах, которые выйдут на рынок в этом году.

Другие интересные новости:

▪ Построится крупнейшая в мире волновая электростанция

▪ Tegra Note

▪ Микропипетка для принтера

▪ Неандерталец нам не родня

▪ Миноискатель онколога

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочные материалы. Подборка статей

▪ статья Факультетская терапия. Конспект лекций

▪ статья Чему равен КПД электрической батарейки? Подробный ответ

▪ статья Вездеход-амфибия. Личный транспорт

▪ статья Масса для типографских вальцов. Простые рецепты и советы

▪ статья Кружка с молоком. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026